1er thème: Science, climats et sociétés

Les intentions du programme:

L’atmosphère primitive de la Terre était différente de celle d’aujourd’hui. Sa transformation au cours des milliards d’années est liée aux processus géologiques et biologiques.
Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine modifie de manière significative la composition atmosphérique. Ces modifications affectent l’équilibre dynamique des enveloppes fluides de la Terre.
Les conséquences de l’activité humaine sur la composition atmosphérique, celles qui sont déjà observées et celles qui sont prévisibles, sont multiples et importantes, tant pourl’humanité que pour les écosystèmes. Les choix raisonnés des individus et des sociétés dans ce domaine s’appuient sur les apports des sciences et des technologies.

Histoire, enjeux et débats
- Les enjeux du réchauffement climatique global.
- Les acteurs des analyses climatiques : recherche et programmes mondiaux (Organisation Météorologique Mondiale, modèles climatiques) ; coordination (Nations-Unies) ; évaluation (Groupe Intergouvernemental pour l’Étude du Climat).
- Un enjeu mondial : l’océan.
- Les ressources et les utilisations de l’énergie dans le monde.
- Le trou dans la couche d’ozone : de sa découverte à des prises de décisions mondiales.

1.1 L’atmosphère terrestre et la vie

  • Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. Sa température de surface permet l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère.
  • Aux facteurs physiques et géologiques (activité solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes. Un fragile équilibre est atteint, qui permet la vie et la maintient.

1.2 La complexité du système climatique

  • Le système climatique et son évolution dans le temps résultent de plusieurs facteurs naturels et d’interactions entre océans, atmosphère, biosphère, lithosphère et cryosphère. Il est nécessaire de prendre en compte ces interactions à différentes échelles spatiales et temporelles (de l’année au million d’années voire davantage).
  • Le système climatique présente une variabilité spontanée et réagit aux perturbations de son bilan d’énergie par desmécanismes appelés rétroactions. Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme.

1.3 Le climat du futur

  • L’analyse du système climatique, réalisée à l’aide de modèles numériques, repose sur des mesures et des calculs faisant appel à des lois physiques, chimiques, biologiques connues.
  • Assorties d’hypothèses portant sur l’évolution de la production des gaz à effet de serre, les projections issues de ces modèles dessinent des fourchettes d’évolution du système climatique au XXI siècle.

1.4 Énergie, choix de développement et futur climatique

  • La consommation mondiale d’énergie fait majoritairement appel aux combustibles fossiles, principale cause du réchauffement climatique. Il est donc essentiel d’identifier, pour toute activité, individuelle ou collective, ou tout produit, l’impact sur la production de gaz à effet de serre. L’identification d’autres effets collatéraux, notamment sur la santé, est importante. Les différents scénarios de l’évolution globale du climat dépendent des stratégies que l’humanité mettra en œuvre.

3e thème: "Une histoire du vivant"

Ce thème fait suite à une thème portant sur le futur des énergies (Physique)

Les intentions du programme

La Terre est habitée par une grande diversité d’êtres vivants. Cette biodiversité est dynamique et issue d’une longue histoire dont l’espèce humaine fait partie.

L’évolution constitue un puissant outil de compréhension du monde vivant.

Les activités humaines se sont transformées au cours de cette histoire, certaines inventions et découvertes scientifiques ont contribué à l’essor de notre espèce.

Les mathématiques permettent de modéliser la dynamique des systèmes vivants afin de décrire leur évolution.

La démarche de modélisation mathématique comporte plusieurs étapes : identification du type de modèle le mieux adapté pour traduire la réalité, détermination des paramètres du modèle, confrontation des résultats du modèle à des observations, qui peut conduire à limiter son domaine de validité ou à le modifier.

L’être humain a construit des machines pour traiter l’information et a créé des langages pour les commander.

Avec les méthodes de l’intelligence artificielle, il continue d’étendre les capacités de traitement de données et les domaines d’application de l’informatique.

Une Histoire, des enjeux, des débats, une liste non exhaustive:

  • Histoire de l’évolution humaine et découverte de fossiles par les paléontologues.
  • La théorie de l’évolution et son application dans différents champs.
  • Modèles mathématiques historiques d’accroissement des populations (Malthus, Quetelet, Verhulst) et controverses autour du malthusianisme.
  • Histoire de grandes avancées médicales : asepsie (Semmelweis, Pasteur), antibiothérapie (Fleming), vaccination (Jenner, Koch, Pasteur), radiologie (Röntgen), greffe, chimiothérapie...
  • Biodiversité et impacts des actions humaines.
  • Histoire du traitement de l’information : de l’invention de l’écriture aux machines programmables (Jacquard, Babbage) et aux ordinateurs (Lovelace, Turing, Von Neumann...).
  • Bogues (ou bugs) et failles de sécurité des systèmes informatiques, comme contrepartie parfois graves de leur flexibilité.

3.1 La biodiversité et son évolution:

  • Évaluer la biodiversité à différentes échelles spatiales et temporelles représente un enjeu majeur pour comprendre sa dynamique et les conséquences des actions humaines.
  • Les populations évoluent au cours du temps.
  • Des modèles mathématiques probabilistes et des outils statistiques permettent d’étudier les mécanismes évolutifs impliqués.

3.2 L’évolution comme grille de lecture du monde:

  • Les concepts de biologie évolutive ont une large portée explicative, présentée ici à travers plusieurs exemples.
  • Ils permettent de comprendre l’anatomie comme le résultat d’une longue histoire évolutive, faite d’adaptations, de hasard, de contingences et de compromis.
  • Les concepts de variation et de sélection naturelle éclairent des pratiques humaines (médicales et agricoles) et certaines de leurs conséquences.

3.3 L’évolution humaine:

  • La paléoanthropologie construit un récit scientifique de nos origines à partir des archives fossiles.
  • La phylogénie permet d’étudier les relations de parenté entre les espèces actuelles et fossiles d’Hominidés.

3.4 Les modèles démographiques:

  • Dans le cadre de l’étude de l’évolution des populations, il est important de prédire leur effectif futur mais aussi la manière dont vont évoluer les ressources qui leur sont nécessaires.
  • Pour prédire l’évolution d’un système quelconque, les scientifiques utilisent des modèles mathématiques.
  • La présentation de l’exemple historique de Malthus permet de mettre en œuvre cette démarche mathématique dans le cas discret (correspondant à une variation par paliers).

3.5 L’intelligence artificielle:

  • L’être humain n’a cessé d’accroître son pouvoir d’action sur le monde, utilisant son intelligence pour construire des outils et des machines.
  • Il a élaboré un mode de pensée algorithmique susceptible d’être codé dans des langages permettant de commander ces machines.(Voir le film "la machine de Thuring")
  • Aujourd’hui, l’intelligence artificielle (IA) permet l’accomplissement de tâches et la résolution de problèmes jusqu’ici réservés aux humains : reconnaître et localiser les objets dans une image, conduire une voiture, traduire un texte, dialoguer, ...
  • Un champ de l’intelligence artificielle ayant permis des applications spectaculaires est celui de l’apprentissage machine. (Voir le film "Her")